CN217116042U - 一种混合带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种混合带通滤波器，用于调节带通滤波器的传递函数，从而实现灵活调整带通滤波器的带宽等参数指标。本申请实施例方法包括：第一谐振模块、第二谐振模块、第一调节模块、输入模块以及输出模块；所述第一谐振模块分别与所述输入模块、所述第二谐振模块、所述第一调节模块连接，所述第一谐振模块用于加强带外抑制；所述第二谐振模块与所述输出模块连接，所述第二谐振模块用于产生谐振频率，所述设定频率范围由所述第二谐振模块与所述第一调节模块形成的并联回路所产生的谐振频率确定；所述第一调节模块与所述输出模块连接，所述第一调节模块用于调节所述混合带通滤波器的传递函数，以改变所述谐振频率。

Description

一种混合带通滤波器

技术领域

本申请实施例涉及带通滤波器领域，尤其涉及一种混合带通滤波器。

背景技术

随着无线通信技术的发展，为了节省频带资源，提高抗干扰能力，各种电路系统对于滤波器的性能的要求也越来越高。在此之前，虽然薄膜体声波滤波器和声表面波滤波器技术也在迅速的发展，但是也难以跟上无线通信的要求的更新。在此应用背景下，无线通信行业需要一种拥有在高频率时使用性能较为优良的滤波器。

随着在无线通信中的需求越来越大，通信系统中的频谱变得更加的拥挤，因此在接收机前端需要更为狭窄的带宽和更为狭窄的滚降系数的带通滤波器来保证我们在通信时不会相互干扰。然而，传统的无源滤波器的品质因数受本身受限，很难满足如今的通信需求。因此提出一种品质因数高、能够调节带通滤波器的传递函数的混合带通滤波器，从而实现灵活调整带通滤波器的带宽等参数指标。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种混合带通滤波器，可以调节带通滤波器的传递函数，从而实现灵活调整带通滤波器的带宽等参数指标。

本申请提供了一种混合带通滤波器，包括：

第一谐振模块、第二谐振模块、第一调节模块、输入模块以及输出模块；

所述第一谐振模块分别与所述输入模块、所述第二谐振模块、所述第一调节模块连接，所述第一谐振模块用于加强带外抑制；

所述第二谐振模块与所述输出模块连接，所述第二谐振模块用于产生谐振频率，所述设定频率范围由所述第二谐振模块与所述第一调节模块形成的并联回路所产生的谐振频率确定；

所述第一调节模块与所述输出模块连接，所述第一调节模块用于调节所述混合带通滤波器的传递函数，以改变所述谐振频率。

可选的，所述第一调节模块包括第一可变电容子模块和第一固定电感子模块，所述第一可变电容子模块与所述第一固定电感子模块并联，所述第一可变电容子模块与所述第一固定电感子模块形成的并联回路用于改变所述混合带通滤波器的阻抗特性，以使得所述传递函数可调。

可选的，所述第一调节模块包括第一可变电感子模块和第一固定电容子模块，所述第一可变电感子模块与所述第一固定电容子模块并联，所述第一可变电感子模块与所述第一固定电容子模块形成的并联回路用于改变所述混合带通滤波器的阻抗特性，以使得所述传递函数可调。

可选的，所述第一调节模块包括第二可变电容子模块以及第二可变电感子模块；

所述第二可变电容子模块与所述第二可变电感子模块并联，所述第二可变电容子模块与所述第二可变电感子模块形成的并联回路用于改变所述混合带通滤波器的阻抗特性，以使得所述传递函数可调。

可选的，所述第一可变电感子模块/所述第二可变电感子模块的感值的计算公式为：

其中，L₁为所述第一可变电感子模块/所述第二可变电感子模块的感值，μ为磁导率，N为线圈匝数，A_e为磁通横截面积，le为磁路长度；

其中，改变所述磁路长度的方法为：将所述第一可变电感子模块/所述第二可变电感子模块置于缠绕匝数相等的磁偏置绕组中间，外加电路源，使得所述磁偏置绕组内的两个磁柱形成磁偏置。

可选的，所述第一谐振模块包括第三电容和第三电感；

所述第三电容、所述第三电感的一端与所述第二谐振模块连接；

所述第三电容、所述第三电感的另一端接地。

可选的，所述第二谐振模块包括第四电感、第四电容、第五电容以及第一电阻；

所述第四电感的一端与所述第一谐振模块连接，另一端与所述第四电容连接；

所述第四电容与所述第一电阻连接；

所述第一电阻与所述输出模块连接；

所述第五电容的一端与所述第一谐振模块连接，另一端与所述输出模块连接。

可选的，所述第四电容、所述第四电感和所述第一电阻的连接构成了所述混合带通滤波器的串联谐振支路，用于产生串联谐振频率。

可选的，所述第五电容和所述第一调节模块的连接构成了所述混合带通滤波器的并联谐振回路，用于产生并联谐振频率。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：提供了具有第一谐振模块、第二谐振模块、第一调节模块、输入模块以及输出模块的混合带通滤波器，该第一谐振模块可以通过处于设定频率范围的信号，而该设定频率范围由第二谐振模块和第一调节模块形成的并联回路所产生的谐振频率确定，由于第一调节模块可以用来调节混合带通滤波器的传递函数，实现带通滤波器的传递函数可调，调节传递函数可以改变所产生的谐振频率，使得信号通过的设定频率范围也得到改变，从而实现灵活调整带通滤波器的带宽等参数指标。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的混合带通滤波器的总体结构示意图；

图2为本申请提供的第一调节模块为第一可变电容子模块的模块结构示意图；

图3为本申请提供的第一调节模块为第一可变电感子模块的模块结构示意图；

图4为本申请提供的第一调节模块为第二可变电容子模块以及第二可变电感子模块的模块结构示意图；

图5为本申请提供的电容并联阵列的结构示意图；

图6为本申请提供的实现可变电感的原理图；

图7为本申请提供的第一调节模块为第一可变电容子模块的整体结构示意图；

图8为本申请提供的第一调节模块为第一可变电感子模块的整体结构示意图；

图9为本申请提供的第一调节模块为第二可变电容子模块以及第二可变电感子模块的整体结构示意图；

图10为本申请提供的混合带通滤波器的一个仿真曲线图；

图11为本申请提供的混合带通滤波器的另一个仿真曲线图。

具体实施方式

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本申请可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

随着在无线通信中的需求越来越大，通信系统中的频谱变得更加的拥挤，因此在接收机前端需要更为狭窄的带宽和更为狭窄的滚降系数的带通滤波器来保证我们在通信时不会相互干扰。然而，传统的无源滤波器的品质因数受本身受限，很难满足如今的通信需求。

基于此，本申请实施例提出一种混合带通滤波器，通过该带通滤波器包含的第一调节模块的变化来调节带通滤波器的传递函数，从而实现灵活调整带通滤波器的带宽等参数指标。

请参阅图1，本申请实施例提供了混合带通滤波器的一个实施例，包括：第一谐振模块1、第二谐振模块2、第一调节模块3、输入模块4以及输出模块5；第一谐振模块1分别与输入模块4、第二谐振模块2、第一调节模块3连接，第一谐振模块1用于加强带外抑制；第二谐振模块2与输出模块5连接，第二谐振模块2用于产生谐振频率，设定频率范围由第二谐振模块2与第一调节模块3形成的并联回路所产生的谐振频率确定；第一调节模块3与输出模块5连接，第一调节模块3用于调节混合带通滤波器的传递函数，以改变谐振频率。

由于常规的微声射频滤波器如表面声波(SAW，Surface Acoustic Wave)谐振器/体声波(BAW，Bulk Acoustic Wave)滤波器，通常采用的是梯形AWR(Acoustic Waveresonantor)架构，包含至少2个不同阻抗梯形连接的AWR，且常规的微声射频滤波器的带宽受到谐振器压电材料的机电耦合系数的限值，而本申请实施例所提供的混合带通滤波器仅需要第一调节模块3这一种阻抗的AWR，在一定程度上可以减少滤波器工作时需要控制的参数。

进一步的，如图2至图4所示，在本申请实施例中，第一调节模块3可以包括第一可变电容子模块31和第一固定电感子模块32，该第一可变电容子模块31中至少包含一个及一个以上的可变电容，第一固定电感子模块32至少包含一个及一个以上的定值电感，两者所形成的并联回路可以改变混合带通滤波器的阻抗特性来调节传递函数(如图2)；可选的，第一调节模块3还可以包括第一可变电感子模块33和第一固定电容子模块34，该第一可变电感子模块33中至少包含一个及一个以上的可变电感，第一固定电容子模块34至少包含一个及一个以上的定值电容，两者所形成的并联回路同样可以改变混合带通滤波器的阻抗特性来调节传递函数(如图3)；更优的选择为，第一调节模块3包括第二可变电容子模块35以及第二可变电感子模块36，第二可变电容子模块35以及第二可变电感子模块36为并联(如图4)，混合带通滤波器可以以它们所形成的并联回路来改变阻抗特性从而使得传递函数可调。

在实际的应用场景中，针对于第一可变电容子模块31/第二可变电容子模块35中电容的电容值可变的实现方式包括但不限于以下三种：

一、利用变容二极管实现可变电容；

变容二极管在高频调谐、通信等电路中可以作为可变电容使用，在变容二极管的偏置电压改变时，可以实现对电容值的连续调节。例如，对该变容二极管施加正向的偏置电压时，该变容二极管的电容值会减小。

二、利用电容并联阵列实现可变电容；

如图5所示，除了可以通过并联多个电容并且使用开关形成电容组，(图中的a1，a2指的是电容组的两端)，从而实现电容值的改变以外，还可以由m个并联的电容组组成电容并联阵列(图中的a3，a4指的是电容并联阵列的两端)，例如，在每个电容组中并联9个(在这个量级可以取到0-9)电容值大小相同的电容，并且在每个电容的支路上加上双向开关管来控制电容的接入和断开。其中，整个电容并联的阵列的电容值即为m个电容组的和，将m个电容组中的电容分别取在相邻的量级，就可以实现整个电容值的线性变换，虽然这样得到的可变电容的变化具有离散性，但如果电容组的数量取得足够多，电容值取得足够小，还是能保证可变电容的范围和精度足够大。

需要说明的是，图5中的a，b是指整个可变电容的两端，这里可变电容的实现方法是通过多个电容组并联组成的，也就是图中的1.2是一个电容组的两端，然后右侧的图又细化了一个电容组中的结构

三、利用变距可变电容实现可变电容；

变距可变电容通常设置有悬浮的金属板，具体的，将一个电极固定在衬底上，另一侧电极通过梁支撑悬浮，使电极可以在垂直于金属板下平面移动，通过电力驱动来改变金属板间的距离，从而改变电容值。

在具体的应用场景中，针对于第一可变电感子模块33以及第二可变电感子模块36中电感的电感值可变的实现方式包括但不限于以下两种：

一、利用电感并联阵列实现可变电感；具体实现方式如利用电容并联阵列实现可变电容的步骤所示相似，此处不再做过多赘述。

二、通过改变磁路长度实现可变电感；

电感的感值的计算公式如公式(1)所示。

其中，L₁为第一可变电感子模块33/第二可变电感子模块36的感值，μ为磁导率，N为线圈匝数，A_e为磁通横截面积，le为磁路长度。

实现可变电感的原理图如图6所示，在两侧的磁芯柱上分别缠绕匝数相等的磁偏置绕组，外加电路源，中间的主路为第一可变电感子模块33/第二可变电感子模块36。更为具体的为，在电流源施加了控制电流之后，两侧的磁柱就会产生磁动势，磁通方向相同，形成磁偏置，从而改变有效磁路长度，进而实现可变电感。

在本申请实施例中，针对于实际的应用场景，该混合带通滤波器的整体电路图请参阅图7至图9。

针对于第一谐振模块1，将第一谐振模块1视为常规的无源(以下简称为“LC”)滤波器时，则第一谐振模块1可以包括第三电容C3和第三电感L3，其中，第三电容C3、第三电感L3的一端与第二谐振模块2连接，第三电容C3、第三电感L3的另一端接地；针对于第二谐振模块2，第二谐振模块2可以视为一个AW谐振器，该声波(AW，Acoustic Wave)谐振器在仿真的Butterworth-Van Dyke(以下简称为“BVD”)等效模型中可以等效为第四电容C4、第四电感L4、第一电阻R1以及第五电容C5所组成的并联回路，更为具体的为，第四电感L4的一端与第一谐振模块1连接，另一端与第四电容C4连接，第四电容C4与第一电阻R1连接，第一电阻R1与输出模块5连接，第五电容C5的一端与第一谐振模块1连接，另一端与输出模块5连接。由于常规的LC滤波器拥有较低的品质因数值，而本申请实施例所提供的混合带通滤波器在常规的LC滤波器的基础上引入了第二谐振模块2，那么，相对于常规的LC滤波器来说，该混合带通滤波器可以获得更高的品质因数，从而使得该混合滤波器进行滤波的过程中，能够实现在过渡带上的快速衰减，减少能量损耗。

设定频率范围指的是可以通过该混合带通滤波器的信号频率范围，第二谐振模块2与第一调节模块3形成的并联回路所产生的谐振频率包括串联谐振频率和并联谐振频率，其中，串联谐振频率与并联谐振频率决定了设定频率范围的上限与下限，需要说明的是，第二谐振模块2中的第四电容C4、第四电感L4和第一电阻R1的连接构成了混合带通滤波器的串联谐振支路，用于产生串联谐振频率，所产生的串联谐振频率如公式(2)所示；而第五电容C5和第一调节模块3的连接构成了混合带通滤波器的并联谐振回路，用于产生并联谐振频率，所产生的并联谐振频率如公式(3)所示。

其中，ω_S为串联谐振频率，ω_P为并联谐振频率，L_M,C_M为串联回路中的电感、电容的阻抗值，L_P,C_P为并联回路中的电感、电容的阻抗值；根据这两个数值可以得到混合带通滤波器的传输零点，其表达式如公式(4)所示。

其中，A为

B为

C为

D为

需要说明的是，此处的ω_Z1，2为混合带通滤波器的两个传输零点，当ω_S＝ω_P时，传输零点关于中心频率对称，传输零点即为混合带通滤波器的截止频率点，即设定频率范围的两个边界频率点。

通过改变L_P的感值来影响并联谐振频率ω_P，进而影响传输零点的位置(改变传递函数)；同样的，引入可变电容，根据电容并联的公式，相当于改变了并联谐振回路中的总的等效C_P值，从而影响并联谐振频率ω_P，进而影响传输零点的位置(改变传递函数)，同时，带宽也会随之产生变化。最终实现该混合带通滤波器的调节传递函数功能，从而达到灵活调整带通滤波器的带宽等参数指标的效果。

需要说明的是，本申请实施例中所提到的第一谐振模块1可以增大该混合带通滤波器的带外抑制，当信号在第一谐振模块1处，在设定频率范围内的信号会传输到第二谐振模块2，在设定频率范围外的信号则会通过第一谐振模块1传输到地，更为具体的为，该第一谐振模块1所产生的并联谐振频率与本申请实施例提供的混合带通滤波器的中心频率相同，当输入的信号频率在混合带通滤波器的中心频率时，该电路谐振(相当于断路)，对信号通过混合带通滤波器无影响；当输入的信号频率不在中心频率附近时，这些频率分量的信号会通过该支路到地，从而增强在信号频率远离混合带通滤波器中心频率时对信号的抑制。

请参阅图10、图11，图10、图11为本申请实施例所提的混合带通滤波器在先进设计系统(ADS，Advanced Design System)的仿真曲线图。从图中可以看到，该混合带通滤波器实现了在2.21GHz时10M的带宽(-3dB)，最大回波损耗为-16.51dB，并且在10M频率处的带外抑制达到了-79dB。明显实现增强带外抑制的效果。

Claims (8)

1.一种混合带通滤波器，其特征在于，所述混合带通滤波器通过的信号频率范围为设定频率范围，包括：

第一谐振模块、第二谐振模块、第一调节模块、输入模块以及输出模块；

所述第一谐振模块分别与所述输入模块、所述第二谐振模块、所述第一调节模块连接，所述第一谐振模块用于加强带外抑制；

所述第二谐振模块与所述输出模块连接，所述第二谐振模块用于产生谐振频率，所述设定频率范围由所述第二谐振模块与所述第一调节模块形成的并联回路所产生的谐振频率确定；

所述第一调节模块与所述输出模块连接，所述第一调节模块用于调节所述混合带通滤波器的传递函数，以改变所述谐振频率。

2.根据权利要求1所述的混合带通滤波器，其特征在于，所述第一调节模块包括第一可变电容子模块和第一固定电感子模块，所述第一可变电容子模块与所述第一固定电感子模块并联，所述第一可变电容子模块与所述第一固定电感子模块形成的并联回路用于改变所述混合带通滤波器的阻抗特性，以使得所述传递函数可调。

3.根据权利要求1所述的混合带通滤波器，其特征在于，所述第一调节模块包括第一可变电感子模块和第一固定电容子模块，所述第一可变电感子模块与所述第一固定电容子模块并联，所述第一可变电感子模块与所述第一固定电容子模块形成的并联回路用于改变所述混合带通滤波器的阻抗特性，以使得所述传递函数可调。

4.根据权利要求1所述的混合带通滤波器，其特征在于，所述第一调节模块包括第二可变电容子模块以及第二可变电感子模块；

所述第二可变电容子模块与所述第二可变电感子模块并联，所述第二可变电容子模块与所述第二可变电感子模块形成的并联回路用于改变所述混合带通滤波器的阻抗特性，以使得所述传递函数可调。

5.根据权利要求1所述的混合带通滤波器，其特征在于，所述第一谐振模块包括第三电容和第三电感；

所述第三电容、所述第三电感的一端与所述第二谐振模块连接；

所述第三电容、所述第三电感的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的混合带通滤波器，其特征在于，所述第二谐振模块包括第四电感、第四电容、第五电容以及第一电阻；

所述第四电感的一端与所述第一谐振模块连接，另一端与所述第四电容连接；

所述第四电容与所述第一电阻连接；

所述第一电阻与所述输出模块连接；

所述第五电容的一端与所述第一谐振模块连接，另一端与所述输出模块连接。

7.根据权利要求6所述的混合带通滤波器，其特征在于，所述第四电容、所述第四电感和所述第一电阻的连接构成了所述混合带通滤波器的串联谐振支路，用于产生串联谐振频率。

8.根据权利要求7所述的混合带通滤波器，其特征在于，所述第五电容和所述第一调节模块的连接构成了所述混合带通滤波器的并联谐振回路，用于产生并联谐振频率。

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